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 zgj幸福书斋 2021-10-27

  在顶级科学期刊《自然》(Nature)上,中国科学家连续发表了三篇新论文[1][2][3],对嫦娥五号从月球上获得的样品进行了分析。研究结果显示,人类最近的一次月球取样带回了最年轻的月球土壤和岩石,仅在20亿年前,揭示了月球不为人所知的过去。

  美国、苏联和我国以前都采集了月球样品。月球登陆美国阿波罗时,宇航员曾六次携带380千克的月球岩石(之后还将1克送给我国)。1970年代,苏联发射了一颗无人探测器,并先后三次携带了月球样品,共计301克。

  经过近50年的发展,我国发射了嫦娥五号,无人探测器在月球正面着陆,采集了1731克月球样本,成功地返回了地球。在此之前,第一批嫦娥五号样品已发放到了各个科研单位。最后,对嫦娥五号进行的月球样品研究取得了成果。

  研究结果显示,美苏带回的月球样本都非常古老,年代超过三十亿年,最老的有44亿年。此前有研究显示,月球的内部很快就冷却了,并且至少在28亿年前停止了火山活动,表面变成了一片寂静。

  但是,嫦娥五号月球样本分析表明,二十亿年前月球实际上仍有火山活动,这一结果令天文学家大吃一惊。那时的月球火山将岩浆喷向地表,然后凝固成玄武岩,最后由嫦娥五号返回地球。

  另外,月球最后一次火山活动驱动的放射性元素钾,铀和钍也并不是先前认为的。从理论上讲,这些放射性元素衰变后产生的热量,帮助熔化了月球地幔中的岩石,形成了大量的岩浆,最终导致了火山爆发。不过,科学家们还没有从嫦娥五号带回来的玄武岩中探测到这些放射性元素。

  对于一些新的研究,科学家们也分析了月球样本中的水分。先前有研究认为,月幔含水率较高,这是因为水会降低岩石的熔点,从而使得月球的火山活动能够持续更久。但是最新的研究表明,样品的含水量非常的高达百万分之一到五。

  相对于更小的月球来说,其内部冷却速度非常快,因此火山活动将很快停止。为什么月球上的火山活动没有足够多的放射性元素或水,这又是如何延续至二十亿年?

  对于这一点,天文学家并不清楚确切的原因。现在已经有一些假设,如地球的潮汐加热、月球表面厚土作保温作用等,也有一些假设,如小行星、彗星等。对于月球演化历史的谜团,尚待进一步样本分析。

  月球上的土壤和岩石,不仅包含着月球演化的历史,还包含着人类所需的各种自然资源。根据统计,月球上已知的矿物有100多种,其中5种为月球所特有,而地球上没有。

  月亮上的一些金属资源十分丰富,比如钛,据估计储量超过100万亿吨,而地球钛矿储量估计有20亿吨。钛耐蚀性能极佳,其强度-密度比为金属之最,因此,它被广泛地用于船舶、航天等领域。不难想像,在未来的太空时代,人类将在月球上大量开采钛矿。

  另外,月球上还有大量地球上极其稀少的资源-氦-3。受控核聚变对人类文明进步起着至关重要的作用。目前科学家们正对氘和氚的核聚变进行实验,但是这样的反应会引起中子辐射问题,并造成部分能量损失。与之相比,氦-3能达到完美的核聚变,没有放射性污染,而且价格低廉。

  氦-3大部分来源于太阳风,但是由于地球大气和磁场的存在,太阳风很难直接到达地球表面,因此氦-3在地球上是很少见的。由于月亮没有大气被磁场阻挡,太阳风直接撞击月表,因此月球上聚集了大量的氦-3。

  据保守估计,月球表面有110万多吨氦-3。同时,仅使用100吨氦-3来发电,就可以为全世界所有人提供1年的电力消耗。尽管月球上的氦-3是有限的,看来人类只能使用一万年以上,但这对人类文明的进一步发展至关重要。即使月球上的氦-3已经用完,仍有更多的氦-3留在木星,水星等天体上。

  氦-3有着很好的用途和价值,每吨可达30亿美元,相当于191亿元人民币。现在,获得50毫克嫦娥五号样品的核工业北京地质研究院正在对月壤中的氦-3进行研究,以探讨从中提取氦-3的技术。

  下一步,我们国家也会进一步探测月球,发射多种无人探测器到月球,并从月球各地区收集样本,带回地球。载人登月计划也在进行中,我们预计会在不久的将来(可能10年内)看到中国航天员将亲自登上月球表面。

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